汽輪機快速冷卻技術應用

張建雙

(華能嘉祥發電有限公司，山東 嘉祥 272400)

汽輪機快速冷卻技術應用

張建雙

(華能嘉祥發電有限公司，山東 嘉祥 272400)

介紹了電廠機組冷卻技術的現狀，針對電廠汽輪機停機后需加速冷卻的問題，提出有效、快捷冷卻汽輪機汽缸的快速冷卻技術及措施，運用冷卻裝置實現汽輪機快速冷卻，以縮短檢修工期及提高機組利用率。

汽輪機；快速冷卻；高壓缸；逆流冷卻

0 引言

隨著優質保溫材料被廣泛采用，機組的保溫性能得到了很大的改善，其運行熱效率和安全性也有了很大的提高，但機組的停機冷卻時間卻大大增加。機組停機后，高壓缸第一級金屬壁溫度在300-400 ℃，要冷卻到檢修所需溫度150 ℃以下，需6-7天時間(與機組容量、參數、保溫條件及停機時汽缸溫度水平等因素有關)。采用一般的使缸溫降到150 ℃以下的自然冷卻方式與檢修工期產生矛盾，導致機組的可用率降低。因此，需要研究使用有效的快速冷卻技術。

1 冷卻技術現狀

現代各電廠大多采用滑參數停機來降低停機時汽缸的溫度水平。但滑參數停機時控制主蒸汽、再熱蒸汽溫度較困難，有時汽溫有較大波動，甚至發生汽輪機進水事故。另外，為控制降溫速度在規定范圍內，滑停時間較長，機組低負荷運行時間長，對經濟運行和鍋爐穩燃不利，為保證鍋爐穩定燃燒需投用助燃油有時可達幾十t。滑參數停機只能使汽缸溫度降低到一定水平，一般在300 ℃左右，且停機后缸溫還會回升，故滑參數停機并不能解決停機后長時間等待冷卻的問題。

停機后采用必要的內冷卻方式加速汽輪機的冷卻，對縮短停機后的等待冷卻時間十分有效。某廠1號、2號機(汽輪機型號：N330-16.7-538/538，由上海汽輪機廠引進美國西屋公司技術制造)停機后，高壓內上缸溫度降至300 ℃時，采取空氣強制冷卻汽輪機以加快汽輪機的冷卻。以下對其要害環節、注意事項、冷卻速度、控制的空氣量、系統的檢查等進行具體的論證。

2 空氣強制冷卻技術

為保證機組大、小修順利進行，根據汽輪機運行狀況，在必要的情況下，可采用空氣強制冷卻汽輪機以加快機組的冷卻。強制冷卻汽輪機的持續時間不超過26-28 h，高壓汽缸的溫度降到可以打開汽缸為止。

2.1 強制冷卻的技術要求

(1) 強制冷卻汽輪機持續時間一般不超過26-28 h。

(2) 高壓內上缸溫度在300 ℃以下才能投入強制冷卻。

(3) 在冷卻過程中，冷卻速度為6-8 ℃/h。

2.2 需投運的設備

(1) 循環水泵，并且凝汽器要通有循環水。

(2) 凝結水泵。

(3) 高壓油泵。

(4) 軸封抽汽器。

(5) 軸封系統。

(6) 連續盤車。

2.3 系統檢查

(1) 主凝結水再循環門開啟調整水位。

(2) 檢查下列閥門應關閉：電動主閘門；真空破壞門；高低加空氣門；1，2號熱網空氣門；加熱裝置疏水至2號熱網疏水門；軸封漏汽管道上的疏水門；電動主閘門前后疏水門及啟動旁路疏水門；高加及低加疏水至凝汽器疏水門；導管疏水、自動主汽門前疏水；1-8號抽疏水至疏水擴容器門。

3 空氣強制冷卻的技術措施

3.1 投入空氣強制冷卻時的措施

(1) 向軸封送汽，軸封溫度保持180-200 ℃，啟動冷卻抽汽器，保持進汽壓力0.49 MPa，真空20-30 kPa，開啟空氣門。

(2) 汽輪機通流部分冷卻：自動主汽門、中壓調門、上下段隔板全開，高壓調門、防腐氣門開啟。

(3) 通流部分冷卻4-5 h之后才能打開法蘭冷卻系統。

(4) 開啟汽缸加熱裝置，疏水門關閉。

(5) 稍開冷卻空氣門。

(6) 監視汽缸溫度有下降趨勢(每30 min對所有缸溫及脹差抄表1次)。

(7) 保證汽缸法蘭兩側溫差不大于20 ℃。

(8) 使汽缸溫度降至150 ℃。

(9) 汽缸缸溫下降速度為6-8 ℃/h。

(10) 根據缸溫下降情況適當調整軸封。

(11) 用開大冷卻抽汽器進汽門或空氣門的方法來控制空氣量。

3.2 停止空氣冷卻時的措施

關閉冷卻空氣門，停止冷卻抽汽器；停止軸封送汽，開啟真空破壞門；停止凝泵運行，開啟所有疏水門，關閉加熱汽門；打閘，關閉高中壓調門及上下段隔板；停止高壓油泵，投交流潤滑油泵。

3.3 注意事項

(1) 高壓缸溫度在300 ℃以下時投入汽缸冷卻，冷卻速度小于6-8 ℃/h。

(2) 嚴密監視高低壓缸脹差變化情況，排汽溫度不應超過130 ℃，否則停止低壓缸軸封送汽。當溫度降至120 ℃時，重新投入低壓缸軸封送汽。

(3) 對轉子的相對膨脹加強監視，在高壓轉子脹差小于0.5 mm時，只使用法蘭螺栓空氣冷卻系統。當高壓轉子脹差不小于0.5 mm時，可同時進行汽機通流部分的冷卻工作。

(4) 當高壓轉子相對膨脹等于-1.3 mm時，停止汽機通流部分的冷卻，保持高壓缸法蘭加熱系統的冷卻。當轉子相對膨脹為-1.0 mm時，重新投入通流部分冷卻。

(5) 冷卻過程中，當汽缸和法蘭的最大溫差達到75 ℃時，則停止法蘭冷卻系統。

(6) 在冷卻過程中，同時監視左右法蘭對應點的溫差不應超過20 ℃，否則應采取措施。

(7) 當高壓內缸溫度降至150 ℃以下時，停止冷卻抽汽器，停軸封系統。

為保證此項工作能夠安全進行，要求工作中認真操作，巡視檢查一定要到位，發現異常，及時匯報、及時處理。2號機停機前，汽機檢修人員需在前箱北側加裝膨脹指示器，在1-6號瓦加振動自動檢測裝置連續檢測。汽機運行人員在停機前應對所有數據認真抄錄。

4 使用快速冷卻裝置實現汽輪機快速冷卻

為了加快汽輪機停機后的冷卻速度，縮短冷卻時間，該廠使用快冷裝置系統，利用通熱空氣的方式，在汽輪機停機后的高溫階段，輸送300 ℃左右干燥、潔凈的熱空氣，并保持與汽缸內壁有一定溫差，由高溫階段的小流量逐漸調至低溫階段的大流量熱空氣。通過對汽輪機冷卻過程中汽缸應力變化的監視，發現高溫干燥潔凈的熱空氣對汽缸產生的熱沖擊和應力破壞極小，是十分安全可靠的。

整個系統利用空氣壓縮機輸送氣源。空氣經油水過濾器過濾后，由2套空氣加熱器將壓縮空氣加熱到一定溫度后輸送到集氣箱，然后送入汽輪機各個冷卻部位。通過控制閥及壓力、流量、溫度顯示裝置，隨時調節壓縮空氣溫度和流量，再配合汽輪機應力監視，在規定范圍內按比例降低汽缸溫度，達到快速冷卻的目的。

4.1 快冷裝置設備參數

設備型號：YQL-II180型，臥式；空氣最大流量：60 m3/min(1個大氣壓，20-45 ℃)；加熱電源總功率：180 kW；最高加熱溫度：400 ℃；設計壓力：0.96 MPa；工作壓力：0.80 MPa。

4.2 快速冷卻裝置組成及工作原理

4.2.1 快速冷卻裝置組成

快速冷卻裝置由進汽口法蘭、油水過濾器、空氣加熱器、管道、截止閥、壓力表、流量計、控制柜、測溫元件、集氣箱等組成，如圖1所示。

圖1 快速冷卻裝置示意

4.2.2 工作原理

快冷裝置的工作原理：壓縮空氣由進氣口法蘭進入油水過濾器，油水被過濾后排入地溝，壓縮空氣通過管道進入空氣加熱器，空氣被加熱到一定溫度輸送到集氣箱。采用數字溫度調節儀，控制加熱元件的功率，達到均勻控制溫度的目的。集氣箱與2路快冷母管連接，2路快冷母管分別與快冷至1號機供汽母管和快冷至2號機供汽母管連接，如圖2所示。

圖2 集氣箱與快冷母管連接示意

快冷供汽母管A向A，B再熱蒸汽調門后管道供汽冷卻中壓內缸，向高壓外缸疏水管道供汽冷卻高壓外缸，向中壓外缸疏水管道供汽冷卻中壓外缸。快冷空氣母管B分別向1-6高調門后管道供汽冷卻高壓內缸。

4.2.3 強制通風快速冷卻方式的選用

汽輪機強制通風快速冷卻的主要對象是汽輪機的高、中壓汽缸。根據冷卻空氣與工作蒸汽流動方向的異同可分為順流和逆流2種。

順流空氣冷卻自高溫區引入，傳熱溫差大，比逆流空氣冷卻有大的熱沖擊風險。但由于是全周進汽，對轉子、汽缸冷卻比較均勻，且進汽區原來都有金屬溫度監視測點可以利用，便于監視和控制冷卻速率。

逆流冷卻雖然進口溫差小，在汽輪機處于高溫階段冷卻時受熱沖擊的風險比順流冷卻小，但因不具有順流冷卻的均勻性優點及進汽區無現成的金屬溫度監視測點，因此不便于監視及調節。

通過理論論證和實踐證明，順流冷卻較方便，且汽缸的熱沖擊風險因空氣已在閥門及導汽管中吸熱，溫度已升高，故只要控制得當是完全可以達到冷卻效果的。

為了防止冷卻開始階段在空氣引入處產生熱沖擊，在空氣引入前設置電加熱器，預先將冷卻空氣加熱到一定溫度。這樣使得冷卻空氣的初始溫度具備了可控條件，加上易于調節的空氣流量條件，使汽輪機冷卻速率自始至終更易控制在最佳值附近并較為均勻一致。

4.2.4 主要操作及其注意事項

(1) 對強制冷卻裝置進行充分吹掃，排盡系統管道內積水，吹去其污垢。

(2) 投電加熱器，調節出口氣溫，系統暖管。

(3) 汽輪機停機后10-12 h，汽缸內疏水充分排盡后，關閉汽缸本體和l級、3級抽汽管氣動疏水閥。其目的是防止壓縮空氣短路。

(4) 待系統暖管充分，分氣箱內壓縮空氣溫度和汽缸內首級金屬溫度之差小于150 ℃時，可分別打開各分路隔離閥，開始通氣冷卻。

(5) 在冷卻過程中，嚴格按規定的溫度下降速率控制進氣量及強冷裝置出口氣溫。加強監視，隨時調整，按時記錄，控制各項參數在許可范圍之內，確保設備機組安全。主要監視參數有：高、中壓缸金屬溫度及下降速率；汽輪機上下缸溫差、軸向位移、高低壓脹差、偏心、盤車電流、缸脹；高、中、低壓缸排汽溫度、DEH應力報警；壓縮空氣流量、壓力、溫度；強冷電加熱器電流等。

(6) 強冷過程中確保有關輔助系統運行正常。

(7) 待汽輪機首級金屬溫度下降到130 ℃時，(一般有10-20 ℃溫度反彈)可停止強制冷卻，打開前面關閉的有關氣動疏水閥。

(8) 再盤車12 h左右，確認汽缸內金屬溫度停止反彈開始平穩下降，各項參數均正常時，可停止盤車及潤滑油系統運行，許可檢修工作。

(9) 溫度控制采用手動和自動方式，溫度控制偏差在±5 ℃，設置溫度超限報警和流量測量裝置、溫度測量裝置。

5 結束語

汽輪機快速冷卻不但能明顯縮短檢修周期，還可在強迫停機時汽輪機快冷后配合停機進行設備缺陷排除工作，使設備可靠運行。此快冷方法還能減緩汽輪機的腐蝕，保證機組安全穩定運行。

2015-12-22；

2016-05-08。

張建雙(1976-)，男，工程師，主要從事汽機檢修維護工作，email：zjshuang@sohu.com。